Основной проблемой при использовании двигателей внутреннего сгорания является загрязнение окружающей среды выхлопными газами, содержащими вредные химические соединениями (СO, NOx), которые образуются в результате сгорания топлива.
Известным недостатком двигателей внутреннего сгорания является также снижение надежности запуска при уменьшении температуры окружающей среды, обусловленное недостаточной интенсивностью процесса зажигания топлива.
Очистка выхлопных газов от СO и NOx и повышение надежности запуска двигателей внутреннего сгорания могут быть достигнуты при использовании в системе зажигания топлива пачек высоковольтных импульсов, имеющих высокую скорость нарастания и большую частоту следования.
Большая частота следования импульсов обеспечит высокий уровень вкладываемой энергии и высокую интенсивность процесса зажигания топлива. Большая скорость нарастания инициирующего разряд напряжения позволит создать высокую напряженность поля (при скорости нарастания несколько киловольт в наносекунду она в более чем в 2 раза превышает статическую электрическую напряженность пробоя). Формирование поджигающего разряда в так называемом сильно перенапряженном разрядном промежутке повысит его однородность и интенсивность.
Высокая напряженность поля определяет также увеличение средней энергии электронов и ионов в канале разряда. Они, и сопутствующее разряду жесткое УФ и мягкое рентгеновское излучение, должны обеспечить эффективное плазменное воздействие, позволяющее интенсифицировать процесс разложения СO и NOx.
Участники проекта имеют многолетний опыт работы в области мощной импульсной техники. Ими разработаны полупроводниковые генераторы с импульсной мощностью в десятки мегаватт, способные на частоте в десятки килогерц формировать импульсы напряжения с амплитудой несколько десятков киловольт и фронтом нарастания несколько наносекунд. Основными достоинствами этих устройств являются малые габариты и высокая надежность, обеспечиваемые использованием разработанных в ФТИ им. А. Ф. Иоффе уникальных полупроводниковых коммутаторов - дрейфовых диодов с резким восстановлением (ДДРВ).
Построение системы зажигания топлива в двигателях внутреннего сгорания на основе ДДРВ-генератора позволит провести необходимые исследования и подтвердить обоснованность выдвинутых положений.
Цели и задачи исследований по проекту
Целью исследований является повышение надежности запуска двигателей внутреннего сгорания и интенсивности процессов разложения образующихся после сгорания топлива вредных газообразований.
Задачей проекта является повышение эффективности процесса зажигания топлива в двигателе внутреннего сгорания и процесса очистки выхлопных газов от вредных примесей путем использования в системе зажигания свечей высоковольтных электрических разрядов наносекундной длительности.